[发明专利]极弱电网下直驱风电系统低电压穿越功率切换控制方法

权利要求书

1.一种极弱电网下直驱风电系统低电压穿越功率切换控制方法，所述直驱风电系统的拓扑包括永磁同步电机M、机侧滤波电容C₁、机侧滤波电感L₁、机侧变流器、直流侧滤波电容C_dc、网侧变流器、网侧变流器桥臂侧电感L、网侧滤波电容C和电网，机侧滤波电感L₁串接在永磁同步电机M与机侧变流器的三相输入端之间，机侧滤波电容C₁先串联电阻R₁，再并接在永磁同步电机M与机侧滤波电感L₁之间，机侧变流器的两个直流侧输出端分别与网侧变流器的两个直流侧输入端相连，直流侧滤波电容C_dc并联在机侧变流器与网侧变流器之间，网侧变流器桥臂侧电感L和网侧滤波电容C构成了网侧变流器的LC滤波器，网侧变流器的三相输出端通过电阻R与LC滤波器的三相输入端一一对应相连，LC滤波器的三相输出端分别在并网点通过电网的等效电阻R_g与等效电感L_g与三相电网e_a、e_b、e_c相连；

其特征在于，所述控制方法的步骤如下：

步骤1，采样并网点电压u_pcca，u_pccb，u_pccc，对并网点电压u_pccau_pccb，u_pccc进行单同步旋转坐标变换得到并网点电压dq分量U_pccd，U_pccq；采样网侧变流器的桥臂侧电感电流并记为桥臂侧电感电流i_La，i_Lb，i_Lc，对桥臂侧电感电流i_La，i_Lb，i_Lc进行单同步旋转坐标变换得到桥臂侧电感电流dq分量I_Ld，I_Lq；采样网侧变流器的直流侧电压并记为直流侧电压U_dc；

步骤2，根据步骤1中得到的并网点电压dq分量U_pccd，U_pccq，通过并网点电压幅值计算方程得到并网点电压幅值U_m，对并网点电压dq分量U_pccd，U_pccq经过锁相环控制方程得到并网点矢量角θ；

所述并网点电压幅值计算方程为：

所述锁相环控制方程为：

θ＝ω/s

ω＝(K_pllp+K_plli/s)(U_pccq/U_base-0)+ω₀

其中，ω为并网点角频率，s为拉普拉斯算子，U_base为电压基准值，K_pllp为锁相环比例控制系数，K_plli为锁相环积分控制系数，ω₀为电网同步角频率；

步骤3，根据步骤1中得到的直流侧电压U_dc与给定的直流侧电压指令通过直流电压外环控制方程得到并网点电压正常情况下的电流内环d轴指令根据步骤2中得到的并网点电压幅值U_m与给定的并网点电压幅值指令通过电压跌落计算方程确定并网点电压跌落深度D，根据步骤2中得到的并网点电压幅值U_m与给定的并网点电压幅值指令通过交流电压外环控制方程得到并网点电压正常情况下的电流内环q轴指令

所述电压跌落计算方程为：

步骤4，根据步骤3中得到的并网点电压跌落深度D，通过风电场低电压穿越要求中的无功补偿控制方程得到并网点电压跌落时的电流内环q轴指令所述风电场低电压穿越要求中的无功补偿控制方程为：

其中，K_m为无功补偿系数，I_e为网侧变流器额定电流幅值；

步骤5，根据步骤4中得到的并网点电压跌落时的电流内环q轴指令通过功率器件电流应力的限制控制方程得到并网点电压跌落时的电流内环d轴指令所述功率器件电流应力的限制控制方程为：

其中，I_max为网侧变流器功率器件长时间运行所允许通过的电流最大值；

步骤6，根据并网点电压跌落深度D，得到电流内环d轴指令信号和电流内环q轴指令信号

设并网点电压在t₀时刻发生跌落、在t₁时刻跌落结束并开始恢复，在t₂时刻并网点电压恢复结束，记t₀时刻d轴桥臂侧电流值为I_LVRTstart，记t₁时刻d轴桥臂侧电流值为I_LVRTend，记t为时刻，电流内环d轴指令信号和电流内环q轴指令信号按照以下方式切换：

(1)t＜t₀，风电系统稳定运行阶段，D＝1，

(2)t₀≤t＜t₁，并网点电压跌落阶段：

当0.9≤D≤1时，

当0.2≤D≤0.9时，取与中的最小值，

(3)t₁≤t＜t₂，并网点电压恢复阶段，从I_LVRTend开始按照斜率K增加到I_LVRTstart，

(4)t＝t₂，并网点电压恢复结束，

步骤7，根据步骤6中得到的电流内环dq轴指令值与桥臂侧电感电流dq分量I_Ld，I_Lq，通过电流控制方程得到控制信号U_d，U_q，所述电流控制方程为：

其中，K_pi为电流环比例控制系数，K_ii为电流环谐振控制器比例系数，I_base为电流基准值；

步骤8，将步骤7中得到的控制信号U_d，U_q经过单同步旋转坐标反变换得到网侧变流器控制信号U_a，U_b，U_c，再根据网侧变流器控制信号U_a，U_b，U_c生成开关管的PWM控制信号。

2.根据权利要求1所述的极弱电网下直驱风电系统低电压穿越功率切换控制方法，其特征在于，步骤3中所述直流电压外环控制方程和交流电压外环控制方程如下：

所述直流电压外环控制方程为：

其中，K_vp为直流电压外环比例控制系数，K_vi为直流电压外环积分控制系数；

所述交流电压外环控制方程为：

其中，K_cp为交流电压外环比例控制系数，K_ci为交流电压外环积分控制系数。